Միտոքոնդրիան կարող է բարելավել տեսողությունը՝ կոն բջիջներում պիգմենտը դարձնելով ավելի արդյունավետ՝ լույս գրավելու համար

Միտոքոնդրիաների (դեղին) կապոցները գոֆերային ֆոտոռեցեպտորների կոնների ներսում անսպասելի դեր են խաղում ցրված լույսի ավելի ճշգրիտ կենտրոնացման գործում (փայլը ներքևից) (կապույտ ճառագայթ):Այս օպտիկական վարքագիծը կարող է բարելավել տեսողությունը՝ դարձնելով կոն բջիջների պիգմենտներն ավելի արդյունավետ՝ լույս գրավելու համար:

Մի մոծակ դիտում է ձեզ միկրոոսպնյակների միջոցով:Դուք շրջում եք ձեր գլուխը, բռնում եք ճանճաջրերը ձեր ձեռքում և նայում վամպիրին ձեր խոնարհ, միայնակ աչքով:Բայց պարզվում է, որ դուք կարող եք տեսնել միմյանց, և աշխարհը, ավելին, քան կարծում եք:

Անցյալ ամիս Science Advances ամսագրում հրապարակված ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ կաթնասունների աչքի ներսում միտոքոնդրիան՝ բջիջները սնուցող օրգանելները, կարող են երկրորդ միկրոոսպնյակի դերը ստանձնել՝ օգնելով լույսը կենտրոնացնել ֆոտոպիգմենտների վրա, այդ պիգմենտները լույսը վերածում են ուղեղի նյարդային ազդանշանների։ մեկնաբանել.Գտածոները ցույց են տալիս ապշեցուցիչ նմանություններ կաթնասունների աչքերի և միջատների և այլ հոդվածոտանիների բաղադրյալ աչքերի միջև, ինչը ենթադրում է, որ մեր սեփական աչքերը օպտիկական թաքնված բարդություն ունեն, և որ էվոլյուցիան մեր բջջային անատոմիայի շատ հնագույն մասը դարձրել է նոր օգտագործման համար:

Աչքի առջևի ոսպնյակը կենտրոնացնում է շրջակա միջավայրի լույսը հետևի հյուսվածքի բարակ շերտի վրա, որը կոչվում է ցանցաթաղանթ:Այնտեղ ֆոտոընկալիչ բջիջները՝ կոնները, որոնք գունավորում են մեր աշխարհը և ձողերը, որոնք օգնում են մեզ նավարկելու ցածր լույսի ներքո, կլանում են լույսը և վերածում այն ​​նյարդային ազդանշանների, որոնք գնում են դեպի ուղեղ:Բայց ֆոտոպիգմենտները գտնվում են ֆոտոընկալիչների ամենավերջում, անմիջապես հաստ միտոքոնդրիալ կապոցի հետևում:Այս կապոցի տարօրինակ դասավորությունը միտոքոնդրիային վերածում է լույսը ցրող անհարկի թվացող խոչընդոտների:

Միտոքոնդրիան լույսի մասնիկների համար «վերջին արգելքն» է, ասում է Աչքի ազգային ինստիտուտի ավագ գիտաշխատող և հոդվածի գլխավոր հեղինակ Վեյ Լին:Երկար տարիներ տեսողություն ունեցող գիտնականները չէին կարողանում հասկանալ այս օրգանելների այս տարօրինակ դասավորությունը. ի վերջո, բջիջների մեծ մասի միտոքոնդրիումները կպչում են իրենց կենտրոնական օրգանելին՝ միջուկին:

Որոշ գիտնականներ ենթադրում են, որ այս ճառագայթները կարող են առաջանալ ոչ հեռու այն վայրից, որտեղ լուսային ազդանշանները վերածվում են նյարդային ազդանշանների, էներգիայի ինտենսիվ գործընթաց, որը թույլ է տալիս էներգիան հեշտությամբ մղել և արագ առաքել:Բայց հետո հետազոտությունը սկսեց ցույց տալ, որ ֆոտոընկալիչներին այնքան շատ միտոքոնդրիաներ պետք չեն էներգիայի համար, փոխարենը նրանք կարող են ավելի շատ էներգիա ստանալ գլիկոլիզ կոչվող գործընթացում, որը տեղի է ունենում բջջի ժելատինային ցիտոպլազմում:

Լին և նրա թիմը իմացան այս միտոքոնդրիալ ուղիների դերի մասին՝ վերլուծելով գոֆերի՝ փոքրիկ կաթնասունի կոն բջիջները, որն ունի հիանալի ցերեկային տեսողություն, բայց իրականում կույր է գիշերը, քանի որ նրա կոնի ֆոտոընկալիչները անհամաչափ մեծ են:

Այն բանից հետո, երբ համակարգչային սիմուլյացիաները ցույց տվեցին, որ միտոքոնդրիալ կապոցները կարող են օպտիկական հատկություններ ունենալ, Լին և նրա թիմը սկսեցին փորձեր իրական օբյեկտների վրա:Նրանք օգտագործել են սկյուռի ցանցաթաղանթի բարակ նմուշներ, և բջիջների մեծ մասը հեռացվել է, բացառությամբ մի քանի կոնների, այնպես որ նրանք «մի տոպրակ միտոքոնդրիաներ են ստացել», որոնք կոկիկորեն փաթեթավորված են թաղանթում, ասել է Լին:

Լուսավորելով այս նմուշը և ուշադիր ուսումնասիրելով այն հատուկ կոնֆոկալ մանրադիտակի տակ, որը նախագծել է Լիի լաբորատորիայի գիտնական և հետազոտության գլխավոր հեղինակ Ջոն Բոլը, մենք գտանք անսպասելի արդյունք:Միտոքոնդրիալ ճառագայթով անցնող լույսը հայտնվում է որպես պայծառ, կտրուկ կենտրոնացված ճառագայթ:Հետազոտողները լուսանկարել և տեսագրել են լույսը, որը ներթափանցում է մթության մեջ այս միկրոոսպնյակների միջոցով, որտեղ ֆոտոպիգմենտները սպասում են կենդանի կենդանիներին:

Միտոքոնդրիալ կապոցը առանցքային դեր է խաղում ոչ թե որպես խոչընդոտ, այլ նվազագույն կորստով ֆոտոընկալիչներին հնարավորինս շատ լույս հասցնելու գործում, ասում է Լին:

Օգտվելով սիմուլյացիաներից՝ նա և իր գործընկերները հաստատեցին, որ ոսպնյակի էֆեկտը հիմնականում պայմանավորված է հենց միտոքոնդրիալ կապոցով, և ոչ թե նրա շուրջը գտնվող թաղանթով (չնայած թաղանթը դեր է խաղում):Գոֆերի բնական պատմության տարօրինակությունը նաև օգնեց նրանց ցույց տալ, որ միտոքոնդրիալ կապոցի ձևը կարևոր է կենտրոնանալու նրա ունակության համար. ամիսների ընթացքում գոֆերը ձմեռում է, նրա միտոքոնդրիալ կապոցները խանգարվում և փոքրանում են:Երբ հետազոտողները մոդելավորեցին, թե ինչ է տեղի ունենում, երբ լույսն անցնում է քնած սկյուռի միտոքոնդրիալ կապոցով, նրանք պարզեցին, որ այն չի կենտրոնացնում լույսն այնքան, որքան այն, երբ այն ձգվում և բարձր կարգի է անցնում:

Նախկինում այլ գիտնականներ ենթադրել են, որ միտոքոնդրիալ կապոցները կարող են օգնել ցանցաթաղանթում լույս հավաքել, նշում է Ջանեթ Ճնճղուկը՝ Կոլումբիայի համալսարանի բժշկական կենտրոնի ակնաբուժության պրոֆեսորը:Այնուամենայնիվ, գաղափարը տարօրինակ թվաց. «Ինձ նման որոշ մարդիկ ծիծաղեցին և ասացին.- նա ասաց.«Դա իսկապես փաստաթուղթ է, որն ապացուցում է դա, և դա շատ լավ է»:

Լին և նրա գործընկերները կարծում են, որ այն, ինչ նրանք նկատեցին գոֆերի մոտ, կարող է պատահել նաև մարդկանց և այլ պրիմատների մոտ, որոնք շատ նման բրգաձև կառուցվածք ունեն:Նրանք կարծում են, որ դա կարող է նույնիսկ բացատրել 1933 թվականին առաջին անգամ նկարագրված երևույթը, որը կոչվում է Սթայլս-Քրոուֆորդի էֆեկտ, որի դեպքում աշակերտի կենտրոնով անցնող լույսը համարվում է ավելի պայծառ, քան անկյան տակ անցնող լույսը:Քանի որ կենտրոնական լույսը կարող է ավելի շատ կենտրոնանալ միտոքոնդրիալ կապոցի վրա, հետազոտողները կարծում են, որ այն կարող է ավելի լավ կենտրոնանալ կոնի պիգմենտի վրա:Նրանք ենթադրում են, որ Սթայլս-Քրոուֆորդի էֆեկտի չափումը կարող է օգնել ցանցաթաղանթի հիվանդությունների վաղ հայտնաբերմանը, որոնցից շատերը հանգեցնում են միտոքոնդրիումի վնասման և փոփոխությունների:Լիի թիմը ցանկանում էր վերլուծել, թե ինչպես են հիվանդ միտոքոնդրիաները տարբեր կերպ կենտրոնացնում լույսը:

Դա «գեղեցիկ փորձարարական մոդել» է և շատ նոր հայտնագործություն, ասում է Յիրոնգ Պենգը՝ UCLA-ի ակնաբուժության ասիստենտ, ով չի մասնակցել հետազոտությանը:Հետաքրքիր կլինի տեսնել, թե արդյոք այս միտոքոնդրիալ կապոցները կարող են գործել նաև ձողերի ներսում՝ բարելավելու գիշերային տեսողությունը, ավելացրեց Պենգը:

Առնվազն կոններում այս միտոքոնդրիումները կարող էին վերածվել միկրոոսպնյակների, քանի որ դրանց թաղանթները կազմված են լիպիդներից, որոնք բնականաբար բեկում են լույսը, ասել է Լին:«Դա պարզապես լավագույն նյութն է խաղարկային համար»:

Լիպիդները նույնպես, կարծես, գտնում են այս գործառույթը բնության այլ վայրերում:Թռչունների և սողունների մոտ ցանցաթաղանթում ձևավորվել են յուղի կաթիլներ կոչվող կառուցվածքներ, որոնք ծառայում են որպես գունավոր զտիչներ, բայց ենթադրվում է, որ գործում են նաև որպես միկրոոսպնյակներ, ինչպիսիք են միտոքոնդրիալ կապոցները:Կոնվերգենտ էվոլյուցիայի, գլխավերեւում պտտվող թռչունների, իրենց հիասքանչ մարդկային զոհի շուրջը պտտվող մոծակների դեպքում, դուք սա կարդում եք համապատասխան օպտիկական հատկանիշներով, որոնք ինքնուրույն զարգացել են՝ ադապտացիաներ, որոնք գրավում են դիտողներին:Ահա գալիս է պարզ և պայծառ աշխարհ:

Խմբագրի նշում. Յիրոնգ Պենգը ստացել է Klingenstein-Simons Fellowship-ի աջակցությունը, մի նախագիծ, որը մասամբ աջակցվում է Simons հիմնադրամի կողմից, որը նաև ֆինանսավորում է այս անկախ խմբագրված ամսագիրը:Սիմոնսի հիմնադրամի ֆինանսավորման որոշումը չի ազդում մեր հաշվետվությունների վրա:

Ուղղում. 2022 թվականի ապրիլի 6-ին Հիմնական պատկերի վերնագիրը սկզբում սխալ էր մատնանշում միտոքոնդրիալ կապոցների գույնը որպես մանուշակագույն՝ դեղինի փոխարեն:Մանուշակագույն գունավորումը կապված է փաթեթը շրջապատող թաղանթի հետ:
Quanta ամսագիրը վարում է ակնարկներ՝ խթանելու տեղեկացված, իմաստալից և քաղաքակիրթ երկխոսությունը:Այն մեկնաբանությունները, որոնք վիրավորական, հայհոյական, ինքնագովազդային, ապակողմնորոշող, անհամապատասխան կամ թեմայից դուրս են, կմերժվեն:Մոդերատորները բաց են սովորական աշխատանքային ժամերին (Նյու Յորքի ժամանակով) և կարող են ընդունել միայն անգլերենով գրված մեկնաբանությունները: